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CURIOSIDADES CIENTÍFICAS PARA COMPARTIR

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¿Sabías que el flash de tu cámara puede ayudar a detectar el cáncer de retina?

Por Mar Gulis (CSIC)

Cualquiera se ha encontrado alguna vez una foto en la que los retratados aparecen con un par de círculos rojos en los ojos. Este molesto fenómeno, que ocurre cuando utilizamos el flash, tiene su origen en la fisiología del ojo y en el comportamiento de la luz, y por extraño que parezca puede utilizarse para detectar un tipo cáncer de retina, el retinoblastoma.

Efecto 'ojo rojo' en la pupila. / Liam Welch vía Unsplash.

Pupila con ‘ojo rojo’. / L. Welch vía Unsplash.

Empecemos por el principio. ¿Por qué se produce el ‘efecto ojos rojos’? Sergio Barbero, investigador del CSIC en el Instituto de Óptica, explica que la luz entra en nuestros ojos a través de la pupila, “que es el equivalente al diafragma en una cámara de fotos”. Así, cuando hay mucha luminosidad en el ambiente, la pupila se contrae para evitar el daño de un exceso de luz, mientras que si ocurre lo contrario se dilata para permitir la visión.

Tras atravesar la pupila, la luz llega al fondo del ojo, donde se encuentran la retina y la coroides. “De toda la luz incidente en la retina, la mayor parte es transformada en señal eléctrica, lo que constituye el primer paso de la visión; sin embargo, una pequeña fracción atraviesa la retina y llega hasta la coroides, que está muy vascularizada porque su función es nutrir al ojo”, señala Barbero.

“La hemoglobina, presente en la sangre de los capilares de la coroides, absorbe los componentes azules de la luz incidente y emite hacia fuera luz de color rojizo”, prosigue. “Aunque este fenómeno está siempre presente, solo es perceptible si la cantidad de luz que penetra en el ojo es lo suficientemente grande: esto ocurre cuando en el ojo entra un haz de luz repentino (por ejemplo, el flash de una cámara) en un momento en que la pupila está dilatada (en un ambiente de oscuridad)”, aclara el investigador.

Funcionamiento del fenómeno 'ojos rojos'. / Photokonnexion

Esquema del efecto ‘ojos rojos’. / Photokonnexion

En la actualidad el ‘efecto ojos rojos’ ha sido solucionado gracias a la incorporación de un segundo flash, que se dispara a la vez que se abre el diafragma de la cámara, justo inmediatamente después del primero. De esta forma, la luz del segundo flash impacta ya sobre el músculo contraído, lo cual elimina casi por completo este antiestético efecto.

Hoy, el modo ‘anti ojos rojos’ viene de serie en la mayoría de las cámaras. Sin embargo, será necesario desactivarlo si pretendemos utilizar nuestro flash como método de detección del retinoblastoma, un tumor canceroso que se desarrolla en la retina causado por la mutación en una proteína. Este tipo de tumor aparece mayoritariamente en niños pequeños y representa un 3% de los cánceres padecidos por menores de quince años.

Cuando el retinoblastoma se sitúa en los vasos sanguíneos del ojo actúa como una muralla ante el efecto del flash, lo que impide que se vea el destello rojo en ese ojo o hace que aparezca uno blanquecino. Por eso, una foto puede ‘chivarnos’ esta patología. MedlinePlus, el servicio online de la Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos, recoge que, si la persona fotografiada aparece solo con un ojo rojo o con uno de color blanquecino, esto podría ser una señal de presencia del tumor, por lo que se debería acudir al médico.

Carteles de la campaña de prevención del retinoblastoma. / Childhood Eye Cancer Trust

Carteles de la campaña de prevención del retinoblastoma. / Childhood Eye Cancer Trust

De hecho, Childhood Eye Cancer Trust, una fundación de ayuda contra el retinoblastoma, lanzó hace un par de años una campaña de prevención basada en este efecto. La entidad colocó carteles interactivos en varias ciudades con imágenes de ojos de niños con la característica de que, si se realizaba una foto con flash sobre estas, la pupila cambiaba y reflejaba uno de los posibles síntomas.

La campaña intentaba que los padres hicieran la prueba con sus hijos. Sin embargo, si alguien se decide a seguir el consejo, debe tener claro que la fotografía no basta para tener un diagnóstico concluyente: la presencia del retinoblastoma solo puede ser confirmada por profesionales médicos mediante pruebas adicionales y exámenes.

‘Octopus vulgaris’ y otros caníbales sexuales

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Otopus vulgaris practicando canibalismo en el medio natural / Manuel E. Garci

Por Mar Gulis (CSIC)

En noviembre del año pasado el proyecto Cefaparques, liderado por el investigador del CSIC Ángel Guerra, constató por primera vez la existencia de canibalismo sexual en pulpos. Este comportamiento permite a las hembras de Octopus vulgaris obtener un aporte extra de energía para sobrevivir en el periodo de cuidado de sus crías, fase que dura cuatro meses en la que no comen nada y necesitan vivir de sus propias reservas.

El canibalismo es un comportamiento bastante extendido en el reino animal y que ha podido ser documentado en algunas especies de arácnidos, insectos y anfípodos, dándose también entre gastrópodos y copépodos. Esta práctica, particularmente común en numerosas familias de arañas y escorpiones, llega a tener efectos significativos en el tamaño y la distribución relativa de géneros en una población. Por lo general se trata de una conducta que beneficia a la hembra, pues aumenta su éxito reproductivo.

Hembra adulta de Lycosa hispanica, en la Sierra de Chinchilla (Albacete). Autor: Guillermo García-Saúco

Hembra de Lycosa hispanica, en la Sierra de Chinchilla (Albacete) / Guillermo García-Saúco

Recientemente un grupo de investigación en el que ha participado la Estación Experimental de Zonas Áridas del CSIC, en Almería, ha estudiado el canibalismo sexual en la tarántula mediterránea (Lycosa hispanica). Su reproducción es la habitual en las arañas: el apareamiento y la fecundación no ocurren a la vez, sino que las hembras almacenan el esperma en su interior hasta que los huevos están listos para ser fecundados.

Según los resultados de este estudio, un tercio de las hembras de la tarántula mediterránea se alimentan del macho en lugar de aparearse con él, una vez que tienen esperma almacenado de un encuentro anterior. Esta práctica, que es más frecuente cuanto mayor es el número de machos disponibles, les aporta importantes beneficios biológicos, ya que tienen más descendencia y de mayor calidad que las que sólo se alimentan de presas.

El estudio ha resultado sorprendente, pues casi todos los datos anteriores procedían de experimentos de laboratorio, que no siempre reflejan de manera fiable el comportamiento en libertad. En esta ocasión, los investigadores han trabajado con animales dentro de parcelas controladas en zonas semidesérticas de Almería, que es el hábitat natural de la especie. Los científicos barajan la hipótesis de que la escasa disponibilidad de alimento en estas zonas propicia este tipo de comportamiento.

araña de espalda roja

Araña de espalda roja (Latrodectus hasselti) / Doug Beckers

Otro caso curioso es el de la araña de espalda roja (Latrodectus hasselti). En esta especie se ha observado que el macho llega incluso a sacrificarse buscando la muerte, dando unas lentas volteretas hasta quedar en una postura en la que a la hembra le resulta fácil comérselo. Debido a los ataques que sufren por parte de sus parejas sexuales, los machos de esta especie de araña tienen una expectativa de vida de apenas 7 meses, mientras que las hembras llegan a vivir 2 o 3 años.

Este tipo de canibalismo se sumaría a otros en los que los machos se comen a la descendencia de un anterior progenitor o en los que unas crías se comen a otras. Como siempre, la naturaleza no deja de sorprendernos y una práctica que nos puede resultar violenta y difícil de comprender resulta efectiva y de gran ayuda para la supervivencia o mantenimiento de determinadas especies.

Una planta carnívora descubierta en Facebook, la estrella de las 10 especies más asombrosas de 2015

Por Mar Gulis (CSIC)

Cada año se descubren alrededor de 20.000 especies y un comité internacional, liderado por el International Institute for Species Exploration, selecciona las diez más destacadas. “Con esta iniciativa tratamos de concienciar sobre la importancia de seguir conociendo y poder así proteger la incalculable biodiversidad que nos rodea, de la que solo conocemos una pequeña parte”, explica Antonio G. Valdecasas, investigador del CSIC en el Museo de Ciencias Naturales.

Las cifras varían pero según los científicos quedan cerca de 12 millones de especies por descubrir, cinco veces más de las que ya se conocen. “Descubrir y nombrar las especies que pueblan el planeta, ordenarlas por parentescos y conocer su forma de vida y área de distribución es la única forma posible de entender el desarrollo de la vida sobre nuestro planeta y aprender a protegerla”, añade Valdecasas.

¿Quieres saber cuáles fueron las diez especies más asombrosas de 2015? Aquí tienes el top ten elaborado por los investigadores.

Escarabajo

1. Un escarabajo acuático. La mayoría de los escarabajos viven en el suelo del bosque, donde se alimentan de materiales en descomposición. Sin embargo, Phytotelmatrichis osopaddington habita en pequeños receptáculos de agua que se crean en la base de plantas emparentadas con el jengibre y los plátanos. Por el momento, se desconoce cómo este diminuto escarabajo de aproximadamente un milímetro logra alimentarse en semejante hábitat.

Caballito

2. El caballito de mar que nadie vio. El descubrimiento de Phyllopteryx dewysea ha puesto de manifiesto lo poco que sabemos aún de la fauna marina. Pese a que vive en aguas poco profundas, mide cerca de 3 cm de largo y es de color rojo rubí con líneas verticales rojas, hasta ahora había pasado desapercibido para la ciencia.

Pez

3. Un pez monstruoso. Si esto fuera un concurso para encontrar a la especie más fea, Lasiognathus dinema tendría todas las papeletas para ganarlo. Como sus parientes los rapes, este pez tiene un órgano que proyecta por encima de la cabeza como si de una caña de pescar se tratara. Sin embargo, en este caso ese órgano es bioluminiscente. Lasiognathus dinema vive en las oscuras profundidades del océano y los investigadores creen que utiliza la luz para atraer a sus presas.

Cochinilla

4. Cochinillas ‘espinosas’. Luiuniscus iuiuensis es un organismo anfibio, ciego y sin pigmento que puede dar a los isópodos (un tipo de crustáceos) los 15 minutos de fama que estaban esperando. Esta nueva especie tiene placas cónicas en la base de sus patas que le dan un aspecto espinoso y le permiten construir refugios esféricos de barro en los que muda su exoesqueleto. De momento solo se la ha encontrado en una cueva de Brasil cuyas cámaras inferiores se inundan en la época de lluvias. Esta área de distribución tan restringida la hace especialmente vulnerable.

carnivora

5. La planta carnívora descubierta en Facebook. Un aficionado a las plantas que sube unas fotos a su muro, un investigador que cree ver una nueva especie y un intenso intercambio a través del chat: así se produjo el descubrimiento de Drosera magnifica. Esta planta carnívora es la más grande de su género que se ha encontrado en América. Igual que otras especies de Drosera (o rocío de sol) segrega una mucosidad espesa con aspecto de rocío que atrae a los insectos a la superficie de sus hojas. De este modo compensa la falta de minerales de los suelos en los que crece. Aunque es muy abundante localmente, solo está presente en la cumbre de una montaña y ya ha sido declarada en peligro crítico de extinción.

homo

6. Una ‘nueva’ especie humana. El yacimiento donde se encontraron los restos fósiles de Homo naledi contiene al menos 15 individuos diferentes, la mayor agrupación de restos de una sola especie de homínido descubierta en África. Estos ‘nuevos’ humanos tenían el cráneo y la parte superior del cuerpo similar a la de nuestros ancestros que vivieron hace entre dos y cuatro millones de años, como los Australopithecus, pero sus manos y pies se parecen a los de los humanos modernos. Una vez que se pueda determinar la edad exacta de los restos se conocerán más detalles de sus implicaciones para la historia de nuestro género.

árbol

7. El árbol de tronco fino. De altura inferior a los 6 metros y un tronco de 10 centímetros de diámetro, Sirvadavia solannona ha sido descubierta en una de las áreas más estudiadas de Gabón. Es probable que la estrechez de su tronco haya sido la responsable de que pasara desapercibida en inventarios anteriores. Sus flores se parecen a las de los tomates y patatas, pero esta planta pertenece a una familia diferente y, de hecho, es única en su género. Su pariente más cercano vive en Tanzania, a 3.000 kilómetros, en el otro extremo del continente africano. En la actualidad, se estudia si las abejas provocan la dispersión de su polen mediante ultrasonidos producidos por la vibración de sus alas.

líbelula

8. Insectos con nombre de disco de Pink Floyd. En 2015 se dio un gran paso en el conocimiento de los odonatos, uno de los órdenes de insectos más conocidos, con la publicación de un artículo en el que se describen 60 especies de libélulas y caballitos del diablo descubiertas en África. La mayor parte de las nuevas especies son muy coloridas y tan diferentes entre sí que basta una fotografía para diferenciarlas. Umma gumma es una de ellas. El nombre completo de este caballito del diablo coincide con el del disco Ummagumma que Pink Floyd grabó en 1969 y que, en el argot de la ciudad de Cambridge, significa hacer el amor.

tortuga

9. Las tortugas de Darwin eran más de una especie. Ningún animal se asocia tanto con Darwin como las tortugas gigantes de las islas Galápagos. En 2015 los análisis genéticos determinaron que lo que hasta ahora se consideraban pequeñas diferencias entre las poblaciones de tortugas orientales y occidentales de la isla de Santa Cruz son en realidad características de especies distintas. Así fue descrita Chelonoidis donfaustoi, una nueva especie que cuenta tan solo con 250 individuos.

mono

10. Monos que habitaron la península ibérica. Laia era un mono hembra de cuerpo pequeño que vivió en lo que hoy es España hace 11,6 millones de años, una época en la que los linajes de los humanos y los grandes simios no se habían distanciado del de los gibones. La localización de sus restos en Cataluña ha dado lugar a la descripción de la especie Pliobates cataloniae y plantea la posibilidad de que los primeros humanos podrían haber estado más estrechamente relacionados con los gibones que con los grandes simios. Según las estimaciones pesaba entre 4 y 5 kilos de peso, lo que sugiere una altura de alrededor de 45 centímetros.

Te presentamos el ‘Top 10’ de las especies más sorprendentes del año

Por Mar Gulis (CSIC)

Una araña que huye haciendo volteretas como si fuera una acróbata, una planta de sobra conocida por los indígenas mexicanos pero hasta ahora ignorada por la ciencia o una rana que pare a sus renacuajos en lugar de depositar los huevos en el agua… Como cada año, el ‘Top 10’ del Instituto Internacional para la Exploración de Especies presenta las más impactantes de las cerca de 18.000 especies que se descubrieron en 2014.

El ranking, en cuya elaboración participan investigadores del Museo Nacional de Ciencias Naturales del CSIC, pretende concienciar a la población de la necesidad de conocer y conservar la biodiversidad. Los científicos cifran en 12 millones el número de especies que quedan por descubrir, cinco veces más de las que ya se conocen. Así que todavía hay mucha vida ‘asombrosa’ por explorar…

Seta submarina

1. Un pequeño animal marino con forma de seta. Encontrados en los fondos marinos australianos a más de 1.000 metros de profundidad, los especímenes de Dendrogramma enigmatica tienen la boca en el extremo de un ‘tallo’ de 8 mm y un disco superior que apenas supera los 10 mm. Aunque no hay dudas de que se trata de animales, no está claro si están o no emparentados con corales y medusas. Por sus características primitivas podría tratarse de descendientes de los primeros animales, lo que haría reconsiderar el árbol filogenético de estos organismos.

Torq. alb.
2. Peces ‘arquitectos’… y misteriosos.
Los científicos llevaban 20 años tratando de averiguar el origen de los círculos de unos dos metros de diámetro con diseños geométricos que proliferan en los fondos marinos de Oshima, una isla volcánica del Pacífico. El misterio solo se pudo resolver al observar a los peces de la especie Torquigener albomaculosus. Los círculos son nidos que los machos preparan para atraer a las hembras y servir como protección. Las crestas y ranuras minimizan el efecto de las corrientes y posiblemente ayudan a evitar los ataques de depredadores.

Insecto palo

3. Un discretísimo insecto palo. Phryganistria tamdaoensis no es el insecto palo más largo del mundo pero pertenece a una familia conocida como ‘palitos gigantes’. Mide cerca de 23 cm de largo y es un maestro del camuflaje. Descubierto en el Parque Nacional de Tam Dao (Vietnam), ha pasado desapercibido durante años para los entomólogos que trabajan en la región.

Dinosaurio

4. El dinosaurio que parecía un ave. Contemporáneo de los famosos Tiranosaurius rex o los Triceratops, Anzu wyliei es el dinosaurio más parecido a las aves que se conoce. Anidaba e incubaba los huevos hasta su eclosión, tenía los huesos huecos, plumas y un pico similar al de los actuales loros. Vivía en llanuras inundadas y era omnívoro: comía vegetales, pequeños animales y huevos. La especie, que medía unos 3,5 metros de largo por 1,5 de alto y pesaba entre 200 y 300 kilos, fue descubierta en un yacimiento de Dakota del Sur (EE UU) en el que se encontraron tres esqueletos.

Araña

5. La araña ‘saltimbanqui’. Hallada en Marruecos, Cebrennus rechenbergi es una araña muy ágil que huye de sus depredadores con acrobacias. Al detectar una señal de peligro primero adopta una actitud amenazante pero, si esta estrategia no funciona, echa a correr dando volteretas para acelerar su huida. Según los investigadores, esta técnica es la última baza del arácnido para librarse de los depredadores en un medio, el desierto, donde no hay lugar para esconderse. Su forma de actuar ya ha inspirado la creación de un robot que copia sus movimientos.

Avispa

6. Avispas que protegen sus nidos con hormigas muertas. Deuteragenia ossarium es una avispa de unos 15 mm de longitud encontrada en la reserva natural de Gutinashan (China). Construye sus nidos en tallos huecos que separa en varias secciones con paredes. En cada sección, la avispa pone un huevo y deposita una araña que servirá como alimento a la cría. La última de las celdas del nido la llena con hormigas muertas que crean una barrera química para prevenir la presencia de depredadores.

Babosa de mar

7. La babosa bella. Phyllodesmium acanthorhinum es una babosa de mar especialmente llamativa por sus formas y colores. Está considerada como un ‘eslabón perdido’ entre las babosas marinas que se alimentan de corales y las que lo hacen de hidroides –organismos marinos entre los que se encuentran las medusas–. Puede llegar a medir tres centímetros y vive en el archipiélago japonés.

Ranas

8. Las ranas que ‘paren’ a sus renacuajos. Suele pensarse que todas las ranas ponen huevos, pero siempre hay una excepción a la regla. Este es el caso de Limnonectes larvaepartus, que da a luz sus renacuajos y los deposita en charcos de agua. Menos de una docena de las 6.455 especies de ranas del mundo tienen fecundación interna. De ellas, todas ponen huevos fertilizados o dan a luz a pequeñas ranitas salvo esta especie, que se ha encontrado en la isla indonesia de Célebes y mide cuatro centímetros.

Planta mexicana

9. La planta que la ciencia no supo ver. De sobra conocida por los habitantes de la Sierra de Tepoztlán (México), que la utilizan para decorar los altares navideños, Tillandsia religiosa acaba de ser descubierta para la ciencia. Llega a medir metro y medio, florece entre diciembre y marzo, y crece de forma aislada en zonas rocosas de entre 1.800 y 2.100 metros de altitud.

planta parásita

10. Una planta parasitaria con aspecto de coral. Balanophora coraliformis es una especie amenazada que vive entre los 1.500 y 1.750 metros de altitud en los bosques húmedos de Filipinas y de la que solo se han encontrado 50 ejemplares. Su estructura alargada y con numerosas ramificaciones hace que se asemeje a un coral. Sin embargo, es una planta parásita: como no contiene clorofila es incapaz de hacer la fotosíntesis y necesita obtener sus nutrientes de otras plantas.

El lenguaje de los bosques: ¿se comunican los árboles entre sí?

L. SampedroPor Rafael Zas y Luis Sampedro (CSIC)*R. Zas

Bajo la apariencia de paz y armonía de los bosques se esconde un mundo de intensas batallas por la supervivencia. A lo largo de su vida, los árboles sufren infinidad de ataques de organismos nocivos, como insectos, bacterias y hongos. Hasta hace poco tiempo la respuesta contra estos enemigos se veía como una reacción simple y pasiva. En cambio, hoy se sabe que los mecanismos de defensa de los árboles, como los de cualquier otra planta, son rápidos, activos e implican a otros elementos del ecosistema con los que los arboles establecen relaciones de diferente naturaleza.

Para hacer frente a las continuas agresiones, los árboles han desarrollado complejos y variados sistemas defensivos que pueden regular en función del riesgo de ataque y de las condiciones ambientales. Así, del mismo modo que el sistema inmune del ser humano responde ante situaciones de riesgo de infección o ataque, los árboles reaccionan para aumentar y producir más y nuevas defensas.

Los pinos jóvenes, por ejemplo, multiplican hasta cuatro veces el contenido de su resina, su principal sustancia defensiva, pocas horas después de ser atacados por el gorgojo del pino (Hylobius abietis). Este insecto come su corteza y el tejido conductor de nutrientes y causa enormes pérdidas en el sector forestal en toda Europa. Además, su ataque desencadena cambios morfológicos en el sistema de canales resiníferos que protegen al pino a medio y largo plazo. Los pinos pueden dejar de crecer y dedicar todos sus recursos a producir barreras químicas y físicas adecuando su anatomía y fisiología a la situación de riesgo.

Hylobios

El gorgojo del pino causa enormes pérdidas en el sector forestal en toda Europa.

Pero estas respuestas no son siempre iguales ya que dependen entre otros factores del enemigo que provoca el daño, de la intensidad de este y de los factores ambientales como la disponibilidad de luz, agua y nutrientes. Estudios recientes en este ámbito ponen de manifiesto que uno de los mecanismos defensivos más característicos son las alteraciones en la emisión de compuestos aromáticos a la atmósfera.

Multitud de compuestos orgánicos volátiles son continuamente liberados por las plantas y en particular por los árboles. Esta liberación la percibimos en el peculiar olor que desprende un pinar, un eucaliptal o un bosque de laureles. Pues bien, la alteración en la concentración o composición de estas mezclas de sustancias es un efectivo sistema de comunicación interno del propio árbol. De este modo, señala la presencia de un ataque a partes alejadas de este sin necesidad de recurrir al lento y costoso transporte a través del sistema vascular.

Y no solo eso: con estas variaciones en la emisión de volátiles, el ‘aroma a estrés’ de la planta es una pista de información fiable que logra atraer a otros organismos, como aves insectívoras e insectos depredadores y parasitoides de los herbívoros, que se alimentan de los enemigos del árbol y son por ello beneficiosos para él. Así consiguen indirectamente reducir la presión de sus atacantes, estableciendo una red de relaciones con otros habitantes del bosque que, como si de un lenguaje se tratase, interpretan los mensajes emitidos por los árboles.

Pero, ¿podrían otros árboles en la vecindad percibir este código particular de sustancias volátiles como señal de alarma y alto riesgo de ataque? De ser así, las plantas no atacadas al detectar los mensajes de alerta en los compuestos emitidos, podrían pre-activar su sistema inmunitario y prepararse para un posible ataque. En la actualidad las investigaciones en este campo se centran en despejar estas y otras incógnitas acerca de las diversas formas de comunicación entre las diferentes partes del mismo árbol, entre distintos árboles, entre árboles e insectos e incluso entre árboles y hongos beneficiosos. Se abre un complejo mundo de interacciones donde son muchos los organismos implicados que perciben o participan de este lenguaje de los bosques. Desde este punto de vista se puede decir que hemos entrado en la era de la comunicación de las plantas.

Vídeo documental El legunaje de los bosques. Ver en inglés o gallego.

 

* Rafael Zas y Luis Sampedro son investigadores del CSIC en el grupo de investigación XenForLab de la Misión Biológica de Galicia (Pontevedra).

En la frontera de la química: cómo la materia se convirtió en vida

AutorPor Manel Souto Salom (CSIC)*

Hace tiempo, un redactor de una revista científica le preguntó a Jean-Marie Lehn, premio Nobel de Química en 1987, cuál era el gran interrogante de la química. “Los físicos tratan de desentrañar las leyes del universo. Los biólogos dicen que intentan resolver las reglas de la vida. Pero, ¿cuál es la gran pregunta que los químicos deben responder?” Lehn le contestó que la química tiene el reto de resolver la pregunta más importante de todas: ¿cómo la materia ha sido capaz de convertirse en algo que viva o piense? ¿De qué manera ha podido generar entidades capaces de preguntarse sobre el origen mismo del universo del que surgió?

Desde este punto de vista, la química constituye el puente que hay entre las leyes del universo y su específica forma de vida, es decir, entre la física y la biología. Su objetivo es descubrir y entender el proceso que gobierna la evolución de la materia hacia el aumento de su complejidad, desde las primeras partículas hasta la vida y la materia pensante.

Gran Salar de Uyuni

Imagen microscópica de cristales procedentes del Gran Salar de Uyuni flotando en el agua junto a diversos microrganismos. / María Jesús Redrejo Rodríguez y Eberhardt Josué Friedrich Kernahan (FOTCIENCIA12)

Y la clave de todo ello es la autoorganización, definida por Lehn como “la fuerza motriz del universo”. La premisa básica es que nuestro universo está construido de tal manera que la materia tiende a autoorganizarse; por lo que los seres humanos no somos un accidente, sino el resultado de nuestro universo.

Para estudiar de qué forma se organiza la materia, Lehn propone ir más allá de las fronteras de la química tal y como se la entiende comúnmente. Hoy día hablamos de química supramolecular para describir las interacciones de las moléculas entre sí. Si pensamos que una molécula es una casa compuesta por átomos que funcionan como ladrillos, la química supramolecular se ocuparía de la vida en el barrio.

Pues bien, Lehn parte de la base de que las interacciones entre moléculas son dinámicas y adaptativas. Es decir, que las casas y los edificios son capaces de ensamblarse y reordenarse para dar lugar a un barrio más complejo que el de partida; y que esos procesos responden a las condiciones del entorno en el que se producen. Lehn habla de una evolución predarwiniana – es decir, previa a la vida– para referirse a estas adaptaciones.

En el principio de la explosión original o Big Bang, era la física quien reinaba. Luego, cuando se alcanzaron temperaturas más bajas, vino la química. Las partículas formaron átomos y estos se unieron para producir moléculas cada vez más complejas dando a luz a las primeras células de las que brotó la vida en nuestro planeta. Esto ocurrió hace 3.800 millones de años. Hoy, la tarea de la química es revelar las vías de autoorganización y trazar los caminos que condujeron a la materia inerte hacia la materia orgánica, de ahí a la materia viva y, por último, a la pensante.

 

* Manel Souto Salom (Valencia, 1988) realiza su tesis doctoral en el Departamento de Materiales Orgánicos y Nanociencia Molecular (Nanomol) del Instituto de Ciencia de los Materiales de Barcelona del CSIC. Es autor del blog www.reaccionando.org y colaborador de El Huffington Post y El Periódico de Catalunya.

Bebés con microbios, bebés sanos

Por Miguel Gueimonde (CSIC) *Miguel-Gueimonde

El tracto gastrointestinal humano es el hogar de una comunidad con 100 billones de miembros pertenecientes a cientos de especies de microorganismos diferentes, la llamada microbiota intestinal. Esta gran comunidad, que va cambiando con la edad, no solo reside en nuestro interior, sino que coopera e interacciona con nosotros ejerciendo un papel crítico en nuestro estado de salud y bienestar desde el mismo momento de nacer. El bebé, relativamente poco expuesto al mundo microbiano hasta ese instante, se ve inmerso en un rápido e intenso proceso de colonización microbiana. Este periodo neonatal temprano es el más importante para el desarrollo de la microbiota intestinal, que, a su vez, resulta esencial para la maduración del sistema inmune así como para un desarrollo correcto de la fisiología del individuo.

Recién nacido/Wikimedia commons

Wikimedia commons

En una situación óptima, el bebé comenzará la vida mediante un parto vaginal tras una gestación a término, recibirá leche materna y pasará sus primeros días de vida en el ambiente familiar. Sin embargo, hay situaciones en las que estos factores no se dan y el proceso de establecimiento de la microbiota se ve alterado, por lo que esos niños sufrirán un mayor riesgo de padecer diferentes patologías, como alergias u obesidad.

Un grupo de niños especialmente sensibles son los recién nacidos prematuros: nacen antes de tiempo, con inmadurez intestinal e inmune; frecuentemente reciben alimentación artificial, medicamentos y antibióticos; y pasan sus primeras semanas de vida en el ambiente hospitalario. Numerosas investigaciones prueban que todos esos factores, juntos o por separado, afectan a la microbiota.

Imagen de microbiota de adjulto / IPLA. CSIC

Imagen de microbiota de adulto / IPLA

Hasta hace poco tiempo, la mayor parte de los estudios sobre la composición y función de la microbiota se centraban en individuos adultos. Con el reciente desarrollo y aplicación de las técnicas de secuenciación masiva de ADN se ha conseguido identificar diferencias en el proceso de colonización bacteriana de los niños prematuros en comparación con los recién nacidos a término, de niños nacidos mediante parto vaginal frente a los de cesárea o de niños alimentados con fórmulas infantiles comparados con los que reciben leche materna. Actualmente varias investigaciones profundizan en la identificación de los factores responsables de esas diferencias.

Además, en los últimos años nuestro conocimiento sobre la composición y funciones de la microbiota intestinal se está incrementando a gran velocidad, de forma que podemos intervenir sobre ella con el objetivo de favorecer su correcto desarrollo y/o modularla con fines terapéuticos. Una de las líneas de trabajo en este sentido se basa en identificar las alteraciones específicas presentes en la microbiota de niños prematuros y seleccionar cepas probióticas potencialmente capaces de corregir dichas alteraciones. ¿Y cómo se hace esta investigación? En nuestro grupo usamos modelos de cultivos fecales de heces de prematuros sobre los que ensayamos diferentes cepas, estudiando su efecto sobre la microbiota intestinal. Esto nos permite seleccionar aquellas cepas que inducen cambios en la microbiota del prematuro y contribuyen a que se parezca más a la de niños sanos a término. Esas cepas se pueden aplicar, por ejemplo, en la elaboración de leches de fórmula para restaurar la microbiota de niños prematuros.

Parece pues que la ciencia está contribuyendo a dar un nuevo significado al concepto de ‘cultivar nuestra vida interior’.

* Miguel Gueimonde es investigador y dirige el Departamento de Microbiología y Bioquímica del Instituto de Productos Lácteos de Asturias (IPLA), del CSIC.

¿Qué tienen en común el pepino de mar y el armadillo?

 

Mario HoyosPor Mario Hoyos*

Si en alguna ocasión habéis buceado en el mar, probablemente hayáis visto unos seres rechonchos y alargados conocidos como pepinos de mar. Este pequeño animal marino, que en algunas regiones se considera una delicia gastronómica con propiedades medicinales, tiene una piel suave y flexible capaz de endurecerse en cuestión de segundos, convirtiendo su dermis en una armadura.

Ejemplar de pepino de mar

Pepino de mar de la costa mediterránea / Daniel S. Wikipedia

El pepino de mar cuando se siente amenazado sufre una reacción enzimática, haciendo que las proteínas de las fibras de su piel se unan formando una estructura rígida. Otra reacción enzimática rompe esos enlaces haciendo que la piel se vuelva blanda de nuevo. Investigadores de la Universidad Case Western Reserve en Ohio (EEUU) se inspiraron en este animal para desarrollar en 2008 nanocompuestos poliméricos con nanofibras de celulosa con esas mismas propiedades. Una de las aplicaciones donde se han conseguido mayores avances ha sido en el área de la salud, más concretamente en el campo de implantes cerebrales inteligentes útiles en pacientes con párkinson o lesiones medulares.

Armadillo

Armadillo de tres bandas del Museo de Historia Natural de Londres / J. Cummings. Wikipedia

Otra aplicación interesante se puede encontrar en la industria textil, ya que se pueden crear telas capaces de pasar de un estado ‘normal’ a armadura en cuestión de segundos. Los mercados están exigiendo soluciones para personas que necesitan protección contra posibles impactos y ahí es donde nace la chaqueta armadillo. Inspirada en este mamífero en riesgo de extinción reconocible por su caparazón y que fue la imagen del último mundial de fútbol, esta nueva tecnología está pensada para militares, motociclistas, deportistas profesionales o para la protección de aparatos electrónicos.

Esto que parece ciencia ficción no es otra cosa que lo que en ciencia se conoce como biomimética, disciplina orientada al desarrollo de materiales y soluciones inspirándose en la naturaleza.

Otro ejemplo lo aporta un equipo de la Escuela Politécnica Federal de Zurich (ETH, por sus siglas en alemán), que en 2013 desarrolló materiales inteligentes que se deforman de manera controlada en respuesta a estímulos externos. Para conseguirlo, se ayudaron de las piñas (conos de las coníferas), muy sensibles a la humedad y la temperatura. Las piñas repliegan sus escamas leñosas sobre ellas mismas en respuesta a la humedad y se abren de nuevo cuando se secan. Este comportamiento responde a la presencia en las escamas de dos capas firmemente conectadas. Entre las aplicaciones de los materiales desarrollados por el ETH se encuentran piezas cerámicas que se pueden ‘auto-conformar’ o implantes médicos biodegradables de precisión que se activan solo cuando están en la parte del cuerpo adecuada.

 

*Mario Hoyos es investigador Marie Curie en el grupo HEMPOL del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros del CSIC.

Esta es la historia de Henrietta Lacks y sus células inmortales

Por Karel H.M. van Wely*

En algún momento en los próximos días, un estudiante de tesis, un investigador o un técnico de laboratorio se pondrá guantes aislantes y sacará un tubo marcado con la abreviatura ‘HeLa’ de un tanque de nitrógeno líquido. Tras limpiar el tubo con alcohol, para evitar contaminaciones, aspirará el contenido con una pipeta y lo introducirá en un frasco con un medio nutritivo estéril que contiene azúcares, aminoácidos y vitaminas. Este frasco se depositará en un incubador a la temperatura del cuerpo humano, 37 grados. Al día siguiente, la persona observará el frasco bajo un microscopio y comprobará que se ha cubierto con una fina capa de células. No es ciencia ficción, sino un trabajo tan cotidiano en biología celular que los científicos lo realizan casi sin pensar. Sin embargo, es muy probable que las células que crecen en el frasco tengan una edad muy superior a la de la persona que trabaja con ellas.

Henrietta Lacks y el doctor...

Henrietta Lacks y el doctor George Otto Grey / Wikipedia

La historia de las células HeLa se remonta a principios de los años 50, cuando el doctor estadounidense George Otto Grey logró cultivar un tumor extirpado de la joven Henrietta Lacks poco antes de su muerte. El tumor no sólo se ha mantenido durante todo este tiempo, sino que sigue creciendo fuera del cuerpo de la donante. Aunque haya pasado más de medio siglo, las células derivadas del tumor siguen replicándose con la misma velocidad. A lo largo de los años, estas células –designadas con el código HeLa– han sido repartidas por laboratorios de todo el mundo, y todavía hoy dan lugar a importantes descubrimientos biológicos. ¡Si fuera posible juntar todos estos lotes de células HeLa, pesarían decenas de toneladas!

El doctor Grey encontró las condiciones perfectas para que el tumor creciera en el laboratorio, utilizando la ya mencionada mezcla de azúcares, aminoácidos y vitaminas. Sin embargo, este científico no supo manejar el aspecto humano de su hallazgo y Henrietta Lacks murió a consecuencia del cáncer poco después de la cirugía, sin saber qué pasó con el tumor extirpado y sin dar el consentimiento para su uso. Por supuesto, la señora Lacks se merece un sitio especial en la historia de la biología. La conclusión de esta historia es que las células humanas pueden ser inmortales, aunque el cuerpo tenga una vida limitada.

Pero el logro técnico de mantener y propagar células humanas fuera del cuerpo ha creado un problema logístico en el laboratorio. Como las células siguen expandiéndose, tarde o temprano ocupan todo el espacio del frasco. Poco a poco dejan de crecer en una capa fina y empiezan a formar grumos que complican su observación con el microscopio. La solución más habitual consiste en despegar las células y trasladar parte del cultivo a otro frasco, donde el crecimiento empieza de nuevo. Todavía hoy ‘pasar células’ es una actividad periódica que los biólogos realizan para disponer de un material satisfactorio.

Muestra de células HeLa teñidas / Wikipedia

Muestra de células HeLa teñidas / Wikipedia

Después del primer logro con las células HeLa, otras células de diferentes orígenes han sido cultivadas. En un laboratorio moderno es posible encontrar células de ratón, cobaya, perro e incluso de animales tan exóticos como el corzo indio. Debido a esa variedad, discriminar entre un tipo y otro –con el microscopio– es complicado. Una vez aisladas y creciendo en un frasco, todas las células de mamíferos se parecen en mayor o menor grado. Marcar el frasco con el nombre HeLa es una necesidad para evitar equivocaciones. Antes de que la biología celular experimentase una proliferación explosiva en los años 80, los científicos se preocupaban poco por elegir un nombre adecuado, y cada uno aplicaba sus propios criterios de clasificación. Ya hemos conocido a las células HeLa, cuya designación proviene directamente de la donante. Una práctica habitual era, y todavía es, utilizar el nombre del órgano o de las muestra de origen, y así podemos encontrar células ‘CaCo’ (carcinoma de colon) o ‘NRK’ (normal rat kidney). Otras veces el nombre no da pistas sobre su origen, y el usuario tendrá que buscar las características de estas células en la bibliografía científica antes de avanzar con su investigación. Un nombre críptico como ‘4T1’ (derivado de un tumor de mama aislado de ratón) no dice mucho. Dado que el nombre de un cultivo a veces no explica su origen, los investigadores frecuentemente prefieren usar un tipo de células caracterizadas ya en detalle.

A lo largo del tiempo, las células HeLa han servido para explicar fenómenos como la replicación de los cromosomas, las infecciones virales y los efectos dañinos de la luz ultravioleta. Hoy estas células siguen siendo una fuente de información y su legado se perpetúa en laboratorios de todo el mundo. Aunque murió hace más de medio siglo, Henrietta Lacks será la persona más anciana del mundo en unos treinta años. El tiempo lo dirá…


Karel H.M. van Wely es investigador en el Centro Nacional de Biotecnología del CSIC y autor del libro Las células madre (CSIC-Catarata).

Ni monógamas ni pasivas: falsos mitos sobre el reino animal

Por Mar Gulis

A pesar de lo que nos muestran algunos documentales y lo que dictan ciertos prejuicios morales, la ‘fidelidad’ no es lo habitual entre las hembras del reino animal. Más bien lo contrario: lejos de observar lánguidamente mientras los ‘chicos’ se pelean por su cariño para luego entregarse al vencedor, ellas son promiscuas de manera activa, buscan y eligen distintos machos para asegurarse una buena descendencia, y toman la iniciativa en el ciclo reproductor.

Dos charranes árticos, Sterna paradisaea./Wikipedia

Dos charranes árticos, Sterna paradisaea. / Wikipedia

Hablar de esta realidad en ciencia nos ha costado veinte siglos, y no precisamente por falta de medios técnicos, sino por los sesgos culturales arraigados que condicionan la forma de observar del propio investigador. Como explica Daniel Oro, científico del CSIC experto en ecología animal, la promiscuidad fue descrita ya en la Grecia clásica, pero los tapujos morales que se construyeron en Occidente, sobre todo desde la Edad Media, crearon una sociedad que prefería dejar de lado las investigaciones sobre la sexualidad de los animales. Además, “la promiscuidad, si existía, era propia de los machos, mientras que se asumía que las hembras tenían un papel pasivo en estos comportamientos, más bien anómalos y aberrantes”. No fue hasta finales de los años 80 cuando un artículo científico, usando las clásicas observaciones de campo en un pequeño pájaro forestal, demostró que las hembras intentan reproducirse con machos que son mejores que sus parejas. “Luego la biología molecular nos permitió entrar en el mundo hasta entonces oculto de la lucha por el control de la fecundidad”.

Machos y hembras, cada sexo por su lado, buscan la mejor pareja para procrear. Si después encuentran un candidato mejor, que a su vez ya está emparejado, intentarán seducirlo para obtener mejores genes para su descendencia. Siempre hay espacio para el ‘engaño’, y las estrategias son de lo más variadas, empezando por la ‘ceba prenupcial’. En gaviotas, por ejemplo, el macho sale al mar a pescar y vuelve a la colonia para darle de comer a la hembra. Lleva la comida en el buche, así que puede regular la cantidad que entrega. La hembra lo quiere todo, pero el macho no se lo dará, porque eso le supondría salir inmediatamente al mar a por más comida, lo que significa no solo dejar a la hembra sola en la colonia, rodeada por otros machos, sino renunciar a dedicar tiempo a otras hembras vecinas que puedan ser cortejadas. No tienen tanta suerte los charranes machos, otra especie de ave marina que lleva el pez entero en el pico. Los charranes están obligados a darle la pieza completa a su prometida y volver a por más comida, porque en este caso, sin alimento no hay sexo.

Una vez resuelto el cortejo y finalizada la cópula, la lucha continúa. Y aquí hay estrategias para todos los gustos: las hembras de muchas especies tienen la posibilidad de elegir y de controlar la prole con la expulsión de esperma de determinados machos, quedándose con el que les interesa. A su vez, la parte masculina también tiene sus tácticas: la vigilancia (llamada mate guarding) es todo un clásico para que la hembra no vuelva a aparearse con otros. Pero las hay más drásticas. Algunas serpientes tienen en su fluido seminal sustancias antiafrodisíacas que retrasan el siguiente celo de las hembras. Existen especies de insectos cuyo esperma esteriliza a la hembra de por vida; la mosca doméstica es un ejemplo. Después de la cópula, la hembra pondrá los huevos del primer macho pero queda esterilizada para reproducirse con cualquier otro para el resto de su vida.

Lo de tener descendencia da para mucho, hasta para los que viven a tope. La literatura científica recoge el comportamiento de algunos marsupiales insectívoros cuyos machos mueren tras la primera reproducción, porque son tan promiscuos, que el despliegue energético necesario es de tal calibre que llega a matarlos. Lo llaman el suicidio reproductor.

Después de tanto esfuerzo empleado, el siguiente capítulo es la crianza. Pero esto lo contaremos en otro post, porque solo de escribir todas las aventuras por las que pasan ellos y ellas antes de que lleguen ‘los bebés’, yo ya estoy agotada.